太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置制造方法及图纸

一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置，属特种加工范畴，针对低电阻率（０．０１～１００Ω.ｃｍ）的单晶或多晶硅锭，采用较高电导率（０．１～１０ｍｓ／ｃｍ）工作液，基于无切削力的电火花放电和高温脉冲电化学腐蚀复合加工原理，实现太阳能硅片高效低成本切割及绒面制作，满足晶硅太阳电池的生产工艺需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用电火花电解复合线切割技术对硅片进行切割即可 得到无需进一步制绒处理硅片的一体化加工方法及装置，具体地说是一种 太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置。
技术介绍
目前，作为一种取之不尽的清洁能源，太阳能的开发利用正引起人类 从未有过地极大关注。尽管人们对各种类型的太阳电池进行了多年的研究 和开发，迄今为止，实现大规模商业化的太阳能电池仍然是无毒性的晶硅 电池。单晶和多晶硅太阳能电池的特点是转换效率高、寿命长和稳定性好，但成本较高，其中硅片的材料成本占太阳能电池总成本的30%以上。尽管 目前已能采用多线切割方法生产出面积较大(25cmx25cm)而又较薄的硅片， 但由于仍属于非刚性切割，在切割过程中线锯必然产生变形从而不断对切 割硅片产生瞬间的冲击作用，同时还要兼顾切缝内钢丝的冷却问题，要使 目前的大尺寸硅片厚度从30(Him左右进一步降低，并提高硅片切割厚度和 控制切割损耗，实现低成本高效切割，技术难度相当大。此外，在太阳能晶硅电池的生产工艺中，硅片表面织构化是提高太阳 能电池表面的光吸收从而提高其转换效率的重要手段之一。对于单晶硅， 可以通过各向异性腐蚀在表面形成随机分布的金字塔型绒面，以增加光吸 收。但是，由于多晶硅晶粒取向的随机性，各向异性腐蚀不能有效增加光 吸收。目前，探索更加有效的晶硅绒面制备技术已成为国内外研究热点。近年来，国内外针对硅片切割技术的应用需求，除了进行多线切割研 究之外，也在寻找新的加工途径，其中放电切割则是一种颇具竞争力的特 种加工技术手段。比利时鲁文大学采用低速走丝电火花线切割技术进行了 硅片切割研究，日本冈山大学采用电火花线切割技术(WEDM)，以去离子水作为工作液，进行了单晶硅棒切割加工研究，并研制了多线放电切割原 理样机。该方法的依据是取向生长法形成的单晶硅锭具有很低的电阻率(O.Oiacm)，使得用线切割放电加工技术切割硅锭成为可能。用线切割放电 加工法所获得的硅片总厚度变化(TTV)和弯曲程度(Warp)与多线切割 结果几乎一样。切缝造成的硅材料损失大约为250pm，与多线切割法得到 的数值相当。但是，在上述相关研究中，由于采用去离子水作为工作介质， 放电能量较大，硅片表面有明显的热影响区，加工效率不高(目前最高切 割效率〈100mr^/min)，并且没有考虑硅片表面金属元素残留问题，所以， 目前尚不能与太阳能硅片电池制造工艺兼容。
技术实现思路
本专利技术目的是针对采用现有硅片切割方法，切割厚度很难进一步降低， 切割效率不高，，无法满足太阳能硅片日益增长需求等问题，专利技术一种基于 无切削力的电火花放电和高温脉冲电化学腐蚀复合加工原理，，实现大尺寸 超薄太阳能硅片电火花电解复合切割制绒一体化的加工方法及装置，并具 有加工成本低、效率高等突出特点。本专利技术的技术方案是-一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，其特征是首先，以钼丝或钨丝作为工具电极，走丝速度在l 15m/s之间可调， 对太阳能硅棒或硅锭进行电火花电解复合切割及制绒一体化加工；其次，在加工过程中，脉冲电源的电压脉冲宽度在l-128ps之间可调， 电压幅值0 100V可调，同时保证在脉冲间隔内仍维持足以使太阳能硅棒 或硅锭表面产生电化学腐蚀的直流电压，该直流电压幅值应低于正常放电 间隙的击穿电压(通常低于15V);第三，在电极丝切割区域内喷射电导率为0.1 10ms/cm的工作液，以 满足冷却和电化学腐蚀的需要。所述的工作液为由洗涤性良好的多种表面活性剂及防锈剂等物质配制 而成的弱碱性液体，它主要由8 10%的油酸，2 3%的三乙醇氨，2 4% 的KOH， 1 1.5%的十二烷基硫酸钠，1 2%的钼酸钠，1 2%的硼砂，5 6%的植物油，4 6%的松香，1.5 2°/。的甘油，0.2 0.5°/。的硅油，1.5 2% 的OP乳化剂，及余量的工业纯净水组成。一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工装置，包括控制系统l、脉冲电 源2、 XY工作台6、电极丝ll,其特征是所述的脉冲电源2为高频脉冲电 源，它的脉宽范围在l-128ps之间可调，所述的工件10安装在XY工作台 6上，XY工作台6的X向和Y向驱动机构均受控于控制系统1 ，电极丝11 穿过XY工作台6、工件10后绕装在丝筒12上，丝筒12连接有丝筒电机 13，丝筒电机13通过变频器14与控制系统1相连，脉冲电源2的输出正 极与工件10相连，其输出负极与电极丝11相连，脉冲电源2的控制端与 控制系统1相连，在工件10的上表面附近安装有上喷嘴5，在工件10的下 表面附近安装有下喷嘴9，上喷嘴5和下喷嘴9均与液压泵7的输出端相连， 液压泵7的输入端位于复合工作液槽8中；在工作台上方还安装有显示器4 和用于检测放电电流的霍尔传感器3。本专利技术的有益效果1、 将极大地提高太阳能硅片切割效率，最高切割效率〉600mm々min， 缩短太阳能电池工艺流程和制造时间。2、 可以减少生产过程中有毒化学溶液的使用和废液排放，是一种先进 的绿色制造技术。3、 工艺成本低廉。4、 由于电火花电解复合加工过程中会在切割面产生很小的类似于绒面 的凹坑，具有较好的减反射效果，因此利用本专利技术方法加工所得的硅片可 省去后续的制绒工艺，减少制造成本。5、 利用本专利技术的方法可加工出厚度在200微米以下，尺寸(长、宽) 大于300毫米的硅片，突破了传统线锯切割加工的极限。6、 利用本专利技术的方法加工硅片时，其切缝可宽度可小于200微米，有 利于减少原材料损耗。附图说明图1是本专利技术装置的结构示意图。图2是本专利技术方法的加工流程示意图。图3实现电火花电解复合加工的脉冲电源电压空载波形示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图2所示。实施例一。一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，它包括以下步骤首先，将待加工硅锭或硅棒安装在电火花加工机床的工作台上，该工 作台具有水平面上前后和左右二个方向的运动控制机构；其次，以钼丝或锌丝作为工具电极，走丝速度在1 15m/s之间可调；第三，在加工过程中，脉冲电源的电压脉冲宽度在l 128ps微秒之间 可调，电压幅值0 100V可调，同时保证在脉冲间隔内仍维持足以使太阳 能硅棒(锭)表面产生电化学腐蚀的直流电压，该直流电压幅值应低于正 常放电间隙的击穿电压(通常低于15V);第四，根据硅棒(锭)的电阻率，在电极丝进入硅锭的切入点和穿出 硅锭的穿出点处连续喷射电导率为0.1~10ms/cm的工作液，以满足冷却和 电化学腐蚀的需要。其中工作液为由洗涤性良好的多种表面活性剂及防锈 剂等物质配制而成的弱碱性液体。由上可知，脉冲宽度、电压幅值及工作液是保证本专利技术加工出符合要 求的切片的重要因素，脉冲宽度、电压幅值等可通过常规的电路加以实现， 而工作液的配制需严格按本专利技术的配方加以配制，它是申请人经过大量实 验得出的最佳配方，以下是常用的几个工作液配方，但不仅限于所列配方， 对于本领域的技术人员而言根据本专利技术所公开的配方另行配制出符合使用 要求即洗涤性好、含有多种表面活性剂、具有防锈及喷射电导率为 0.1~10ms/cm的弱碱性液体。工作液配方一 (以配制1000克的工作液为例)油酸90克，三乙醇氨 20克，KOH30克，十二垸基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，其特征是：首先，以钼丝或钨丝作为工具电极，使走丝速度在１～１５ｍ／ｓ之间可调，对太阳能硅棒或硅锭进行电火花电解复合切割及制绒一体化加工；其次，在加工过程中，脉冲电源的电压脉冲宽度在１－ １２８μｓ之间可调，电压幅值０～１００Ｖ可调，同时保证在脉冲间隔内仍维持足以使太阳能硅棒或硅锭表面产生电化学腐蚀的直流电压，该直流电压幅值应低于正常放电间隙的击穿电压；第三，在电极丝切割区域内喷射电导率为０．１～１０ｍｓ／ｃｍ的工作 液，以满足冷却和电化学腐蚀的需要。

【技术特征摘要】
1、一种太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，其特征是首先，以钼丝或钨丝作为工具电极，使走丝速度在1～15m/s之间可调，对太阳能硅棒或硅锭进行电火花电解复合切割及制绒一体化加工；其次，在加工过程中，脉冲电源的电压脉冲宽度在1-128μs之间可调，电压幅值0～100V可调，同时保证在脉冲间隔内仍维持足以使太阳能硅棒或硅锭表面产生电化学腐蚀的直流电压，该直流电压幅值应低于正常放电间隙的击穿电压；第三，在电极丝切割区域内喷射电导率为0.1～10ms/cm的工作液，以满足冷却和电化学腐蚀的需要。2、 根据权利要求l所述的太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，其特征 是所述的硅锭为电阻率介于0.01 100Q，cm之间的多晶硅锭，所述的硅棒 为电阻率介于0.01 100r^cm之间的单晶硅棒。3、 根据权利要求1所述的太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法，其特征 是所述的工作液由8 10°/。的油酸，2 3%的三乙醇氨，2 4。/。的KOH， l 1.5%的十二烷基硫酸钠，1 2%的钼酸钠，1 2%的硼砂，5 6%的植物油， 4 6°/。的松香，1.5 2%...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪炜，刘志东，田宗军，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]